Antibody levels predict vaccine efficacy Symptomatic COVID-19 infection can be prevented by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) vaccines. A “correlate of protection” is a molecular biomarker to measure how much immunity is needed to fight infection and is key for successful global immunization programs. Gilbert et al . determined that antibodies are the correlate of protection in vaccinated individuals enrolled in the Moderna COVE phase 3 clinical trial (see the Perspective by Openshaw). By measuring binding and neutralizing antibodies against the viral spike protein, the authors found that the levels of both antibodies correlated with the degree of vaccine efficacy. The higher the antibody level, the greater the protection afforded by the messenger RNA (mRNA) vaccine. Antibody levels that predict mRNA vaccine efficacy can therefore be used to guide vaccine regimen modifications and support regulatory approvals for a broader spectrum of the population. —PNK

Although the three vaccines against coronavirus disease 2019 (Covid-19) that have received emergency use authorization in the United States are highly effective, breakthrough infections are occurring. Data are needed on the serial use of homologous boosters (same as the primary vaccine) and heterologous boosters (different from the primary vaccine) in fully vaccinated recipients.In this phase 1-2, open-label clinical trial conducted at 10 sites in the United States, adults who had completed a Covid-19 vaccine regimen at least 12 weeks earlier and had no reported history of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection received a booster injection with one of three vaccines: mRNA-1273 (Moderna) at a dose of 100 μg, Ad26.COV2.S (Johnson & Johnson-Janssen) at a dose of 5×1010 virus particles, or BNT162b2 (Pfizer-BioNTech) at a dose of 30 μg. The primary end points were safety, reactogenicity, and humoral immunogenicity on trial days 15 and 29.Of the 458 participants who were enrolled in the trial, 154 received mRNA-1273, 150 received Ad26.COV2.S, and 153 received BNT162b2 as booster vaccines; 1 participant did not receive the assigned vaccine. Reactogenicity was similar to that reported for the primary series. More than half the recipients reported having injection-site pain, malaise, headache, or myalgia. For all combinations, antibody neutralizing titers against a SARS-CoV-2 D614G pseudovirus increased by a factor of 4 to 73, and binding titers increased by a factor of 5 to 55. Homologous boosters increased neutralizing antibody titers by a factor of 4 to 20, whereas heterologous boosters increased titers by a factor of 6 to 73. Spike-specific T-cell responses increased in all but the homologous Ad26.COV2.S-boosted subgroup. CD8+ T-cell levels were more durable in the Ad26.COV2.S-primed recipients, and heterologous boosting with the Ad26.COV2.S vaccine substantially increased spike-specific CD8+ T cells in the mRNA vaccine recipients.Homologous and heterologous booster vaccines had an acceptable safety profile and were immunogenic in adults who had completed a primary Covid-19 vaccine regimen at least 12 weeks earlier. (Funded by the National Institute of Allergy and Infectious Diseases; DMID 21-0012 ClinicalTrials.gov number, NCT04889209.).

While Coronavirus disease 2019 (Covid-19) vaccines are highly effective, breakthrough infections are occurring. Booster vaccinations have recently received emergency use authorization (EUA) for certain populations but are restricted to homologous mRNA vaccines. We evaluated homologous and heterologous booster vaccination in persons who had received an EUA Covid-19 vaccine regimen.In this phase 1/2 open-label clinical trial conducted at ten U.S. sites, adults who received one of three EUA Covid-19 vaccines at least 12 weeks prior to enrollment and had no reported history of SARS-CoV-2 infection received a booster injection with one of three vaccines (Moderna mRNA-1273 100-μg, Janssen Ad26.COV2.S 5×1010 virus particles, or Pfizer-BioNTech BNT162b2 30-μg; nine combinations). The primary outcomes were safety, reactogenicity, and humoral immunogenicity on study days 15 and 29.458 individuals were enrolled: 154 received mRNA-1273, 150 received Ad26.CoV2.S, and 153 received BNT162b2 booster vaccines. Reactogenicity was similar to that reported for the primary series. Injection site pain, malaise, headache, and myalgia occurred in more than half the participants. Booster vaccines increased the neutralizing activity against a D614G pseudovirus (4.2-76-fold) and binding antibody titers (4.6-56-fold) for all combinations; homologous boost increased neutralizing antibody titers 4.2-20-fold whereas heterologous boost increased titers 6.2-76-fold. Day 15 neutralizing and binding antibody titers varied by 28.7-fold and 20.9-fold, respectively, across the nine prime-boost combinations.Homologous and heterologous booster vaccinations were well-tolerated and immunogenic in adults who completed a primary Covid-19 vaccine regimen at least 12 weeks earlier.

Development of an effective AIDS vaccine remains a challenge. Nucleoside-modified mRNAs formulated in lipid nanoparticles (mRNA-LNP) have proved to be a potent mode of immunization against infectious diseases in preclinical studies, and are being tested for SARS-CoV-2 in humans. A critical question is how mRNA-LNP vaccine immunogenicity compares to that of traditional adjuvanted protein vaccines in primates. Here, we found that mRNA-LNP immunization compared to protein immunization elicited either the same or superior magnitude and breadth of HIV-1 Env-specific polyfunctional antibodies. Immunization with mRNA-LNP encoding Zika premembrane and envelope (prM-E) or HIV-1 Env gp160 induced durable neutralizing antibodies for at least 41 weeks. Doses of mRNA-LNP as low as 5 μg were immunogenic in macaques. Thus, mRNA-LNP can be used to rapidly generate single or multi-component vaccines, such as sequential vaccines needed to protect against HIV-1 infection. Such vaccines would be as or more immunogenic than adjuvanted recombinant protein vaccines in primates.

Abstract A major goal of HIV-1 vaccine development is induction of broadly neutralizing antibodies (bnAbs). While success has been achieved in initiating bnAb B cell lineages, design of boosting immunogens that select for bnAb B cell receptors with improbable mutations required for bnAb affinity maturation remains difficult. Here we demonstrate a process for designing boosting immunogens for a V3-glycan bnAb B cell lineage. The immunogens induced affinity-matured antibodies by selecting for functional improbable mutations in bnAb precursor knock-in mice. Moreover, we show similar success in prime and boosting with nucleoside-modified mRNA-encoded HIV-1 envelope trimer immunogens, with improved selection by mRNA immunogens of improbable mutations required for bnAb binding to key envelope glycans. These results demonstrate the ability of both protein and mRNA prime-boost immunogens for selection of rare B cell lineage intermediates with neutralizing breadth after bnAb precursor expansion, a key proof-of concept and milestone towards development of an HIV vaccine. One-Sentence Summary A vaccine strategy for selecting key rare antibody mutations is shown to induce HIV broadly neutralizing antibodies in mice.

Abstract SARS-CoV-2 Omicron variants have generated a world-wide health crisis due to resistance to most approved SARS-CoV-2 neutralizing antibodies and evasion of antibodies induced by vaccination. Here, we describe the SARS-CoV-2 neutralizing SP1-77 antibody that was generated from a humanized mouse model with a single human V H 1-2 and Vκ1-33-associated with immensely diverse complementarity-determining-region-3 (CDR3) sequences. SP1-77 potently and broadly neutralizes SARS-CoV-2 variants of concern and binds the SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding-domain (RBD) via a novel-CDR3-based mode. SP1-77 does not block RBD-binding to the ACE2-receptor or endocytosis step of viral entry, but rather blocks membrane fusion. Our findings provide the first mechanistic insight into how a non-ACE2 blocking antibody potently neutralizes SARS-CoV-2, which may inform strategies for designing vaccines that robustly neutralize current and future SARS-CoV-2 variants.

ABSTRACT Coronavirus vaccines that are highly effective against SARS-CoV-2 variants are needed to control the current pandemic. We previously reported a receptor-binding domain (RBD) sortase A-conjugated ferritin nanoparticle (RBD-scNP) vaccine that induced neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 and pre-emergent sarbecoviruses and protected monkeys from SARS-CoV-2 WA-1 infection. Here, we demonstrate SARS-CoV-2 RBD-scNP immunization induces potent neutralizing antibodies in non-human primates (NHPs) against all eight SARS-CoV-2 variants tested including the Beta, Delta, and Omicron variants. The Omicron variant was neutralized by RBD-scNP-induced serum antibodies with a mean of 10.6-fold reduction of ID50 titers compared to SARS-CoV-2 D614G. Immunization with RBD-scNPs protected NHPs from SARS-CoV-2 WA-1, Beta, and Delta variant challenge, and protected mice from challenges of SARS-CoV-2 Beta variant and two other heterologous sarbecoviruses. These results demonstrate the ability of RBD-scNPs to induce broad neutralization of SARS-CoV-2 variants and to protect NHPs and mice from multiple different SARS-related viruses. Such a vaccine could provide the needed immunity to slow the spread of and reduce disease caused by SARS-CoV-2 variants such as Delta and Omicron.

SUMMARY The CD4 binding site (CD4bs) is a conserved epitope on HIV-1 envelope (Env) that can be targeted by protective broadly neutralizing antibodies (bnAbs). HIV-1 vaccines have not elicited CD4bs bnAbs for many reasons, including the CD4bs is occluded by glycans, immunogen expansion of appropriate naïve B cells, and selection of functional antibody mutations. Here, we demonstrate immunization of macaques with a CD4bs-targeting immunogen elicits neutralizing bnAb precursors with structural and genetic features of CD4-mimicking bnAbs. Structures of the CD4bs nAbs bound to HIV-1 Env demonstrated binding angles similar to human bnAbs and heavy chain second complementarity determining region-dependent binding characteristic of all known human CD4-mimicking bnAbs. Macaque nAbs were derived from variable and joining gene segments orthologous to the genes of human V H 1-46-class bnAbs. This vaccine study initiated the B cells from which derive CD4bs bnAbs in primates, accomplishing the key first step in development of an effective HIV-1 vaccine.

ABSTRACT Immunization with mRNA or viral vectors encoding spike with diproline substitutions (S-2P) has provided protective immunity against severe COVID-19 disease. How immunization with Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike elicits neutralizing antibodies (nAbs) against difficult-to-neutralize variants of concern (VOCs) remains an area of great interest. Here, we compare immunization of macaques with mRNA vaccines expressing ancestral spike either including or lacking diproline substitutions, and show the diproline substitutions were not required for protection against SARS-CoV-2 challenge or induction of broadly neutralizing B cell lineages. One group of nAbs elicited by the ancestral spike lacking diproline substitutions targeted the outer face of the receptor binding domain (RBD), neutralized all tested SARS-CoV-2 VOCs including Omicron XBB.1.5, but lacked cross-Sarbecovirus neutralization. Structural analysis showed that the macaque broad SARS-CoV-2 VOC nAbs bound to the same epitope as a human broad SARS-CoV-2 VOC nAb, DH1193. Vaccine-induced antibodies that targeted the RBD inner face neutralized multiple Sarbecoviruses, protected mice from bat CoV RsSHC014 challenge, but lacked Omicron variant neutralization. Thus, ancestral SARS-CoV-2 spike lacking proline substitutions encoded by nucleoside-modified mRNA can induce B cell lineages binding to distinct RBD sites that either broadly neutralize animal and human Sarbecoviruses or recent Omicron VOCs. One Sentence Summary Non-stabilized SARS-CoV-2 Spike mRNA vaccination activated B cells that target either conserved epitopes on SARS-CoV-2 Omicron variants of concern, or cross-neutralizing epitopes on pre-emergent Sarbecoviruses.

Immune responses to SARS-CoV-2 primarily target the receptor binding domain of the spike protein, which continually mutates to escape acquired immunity. Other regions in the spike S2 subunit, such as the stem helix and the segment encompassing residues 815-823 adjacent to the fusion peptide, are highly conserved across sarbecoviruses and are recognized by broadly reactive antibodies, providing hope that vaccines targeting these epitopes could offer protection against both current and emergent viruses. Here we employed computational modeling to design scaffolded immunogens that display the spike 815-823 peptide and the stem helix epitopes without the distracting and immunodominant RBD. These engineered proteins bound with high affinity and specificity to the mature and germline versions of previously identified broadly protective human antibodies. Epitope scaffolds interacted with both sera and isolated monoclonal antibodies with broadly reactivity from individuals with pre-existing SARS-CoV-2 immunity. When used as immunogens, epitope scaffolds elicited sera with broad betacoronavirus reactivity and protected as "boosts" against live virus challenge in mice, illustrating their potential as components of a future pancoronavirus vaccine.